Фотосинтезирующие цианобактерии появились на Земле около 2,7 миллиардов лет назад и насытили ее атмосферу кислородом. В поиске подходящих условий освещения им помогает способность к фототаксису — передвижению к источнику света. Оказалось, что световосприятие цианобактерий гораздо сложнее, чем простое улавливание градиента освещенности.
Межвузовская европейская группа ученых изучила реакцию на свет цианобактерий рода Synechocystis. Сначала проверили их реакцию на градиент света, создаваемый конденсором микроскопа. Целенаправленного движения не последовало. Когда клетки осветили направленным светом под острым углом к поверхности, большинство клеток в течение минуты сформировали фимбрии (органы движения) и стали двигаться к источнику света. При освещении двумя источниками Synechocystis активно стремились в равноудаленную от них точку, где освещенность наиболее интенсивна.
Подсвечивая цианобактерии с одной стороны в темнопольном микроскопе, исследовали увидели, что их клеточное содержимое работает как оптическая линза, фокусирующая свет на внутренней поверхности клеточной мембраны напротив источника света, то есть действует как примитивный аналог глаза животных. Клетка при этом выпускает фимбрии со стороны, противоположной фокусу лучей, и движется на свет.
Хотя основной принцип работы клетки Synechocystis и человеческого глаза схож, их размеры отличаются примерно в 500 миллионов раз. Проводя эксперименты по освещению цианобактерий узконаправленным лазером, ученые установили, что угловое разрешение их оптической системы составляет около 21 градуса, то есть получаемое изображение крайне нечеткое. Для сравнения, угловое разрешение человеческого глаза — примерно 0,02 градуса. Для жизнедеятельности Synechocystis, тем не менее, достаточно просто определить источник света и его интенсивность.
«Сферические цианобактерии — возможно, самые маленькие и древние оптические системы в живой природе», — пишут авторы исследования.
Ранее канадские исследователи обнаружили у протистов из группы динофлагеллят подобие глаза — оцеллоид, состоящий из структур, функционально близких к хрусталику, роговице, зрачку и сетчатке.
Источник